物联网通信技术

第0章  概述                     1  
 0.1  物联网框架结构                     1  
 0.2  物联网通信系统                     2
  0.2.1  物联网通信系统基本结构                     2
  0.2.2  感知控制层与网络传输层通信系统                     3
  0.2.3  物联网通信技术的发展                     4  
 本章小结                     6  
 习题与思考                     7
第1篇  数据通信基础
第1章  通信的基本模型与概念                     10  
 1.1  通信系统模型                     10  
 1.2  模拟通信与数字通信系统模型                     10  
 1.3  通信系统的分类及通信方式                     12
  1.3.1  通信系统分类                     12
  1.3.2  通信方式                     14  
 1.4  信息及信息量                      15  
 1.5  数据通信系统中的主要性能指标                     17
  1.5.1  传输速率                     17
  1.5.2  差错率                     18
  1.5.3  信噪比                     18  
 本章小结                     18  
 习题与思考                     19
第2章  数据通信基础理论                     20  
 2.1  数据信号分析基础                     20
  2.1.1  时域分析                     20
  2.1.2  频域分析                     21
  2.1.3  傅里叶分析                     22  
 2.2  数据率与频带的关系                     23  
 2.3  交换技术                     23
  2.3.1  电路交换                     24
  2.3.2  报文交换                     24
  2.3.3  分组交换                     24  
 本章小结                     25  
 习题与思考                     26
第3章  数据通信中的信道                     27  
 3.1  信道模型及其分类                     27
  3.1.1  信道模型                     27
  3.1.2  信道分类                     27  
 3.2  信道容量                     29
  3.2.1  离散信道的信道容量                     29
  3.2.2  连续信道的信道容量                     30  
 3.3  有线信道                     30
  3.3.1  双绞线                     31
  3.3.2  同轴电缆                     31
  3.3.3  光纤                     32  
 3.4  无线信道                     33  
 本章小结                     34  
 习题与思考                     35
第4章  信源编码                     36  
 4.1  抽样与量化                     36
  4.1.1  抽样及抽样定理                     36
  4.1.2  抽样定理                     37
  4.1.3  量化                     38  
 4.2  脉冲编码调制(PCM)                     42
  4.2.1  PCM通信系统                     42
  4.2.2  二进制PCM编码                     43  
 4.3  增量调制(ΔM)                     45  
 本章小结                     47  
 习题与思考                     48
第5章  数字基带传输                     49  
 5.1  数字基带信号的波形与编码原则                     49
  5.1.1  数字基带信号的波形                     49
  5.1.2  数字基带信号的编码原则                     51  
 5.2  数字基带传输系统                     51
  5.2.1  数字基带传输系统概述                     51
  5.2.2  均衡技术                     52
  5.2.3  眼图                     54  
 本章小结                     56  
 习题与思考                     56
第6章  数字调制系统                     58  
 6.1  调制与数字基带信号的调制原理                     58
  6.1.1  调制解调的基本原理                     58
  6.1.2  数字调制系统的基本原理                     59  
 6.2  数字振幅调制                     60
  6.2.1  2ASK                     60
  6.2.2  多进制振幅调制                     62  
 6.3  数字频率调制                     63
  6.3.1  2FSK移频键控的基本原理                     63
  6.3.2  2FSK调制的实现方法                     64
  6.3.3  2FSK的解调                     65
  6.3.4  2FSK的特点                     67  
 6.4  数字相位调制                     68
  6.4.1  二进制绝对移相调制(2PSK)                     68
  6.4.2  二相相对移相调制(2DPSK)                     70  
 本章小结                     72  
 习题与思考                     73
第7章  差错控制技术                     74  
 7.1  差错控制技术概述                     74
  7.1.1  差错控制的基本原理                     74
  7.1.2  差错控制编码的特性与能力                     75  
 7.2  差错控制方法                     76
  7.2.1  自动请求重发(ARQ)方式                     77
  7.2.2  前向纠错(FEC)方式                     78
  7.2.3  混合纠错(HEC)方式                     78
  7.2.4  信息反馈(IRQ)方式                     78  
 7.3  常用检错码                     78
  7.3.1  奇偶校验码                     78
  7.3.2  恒比码                     79
  7.3.3  矩阵校验码                     80
  7.3.4  正反码                     80
  7.3.5  线性分组码                     81  
 7.4  循环码                     82
  7.4.1  循环码的基本概念                     82
  7.4.2  循环码的编码和译码                     84  
 7.5  卷积码                     86
  7.5.1  基本原理                     86
  7.5.2  编码和译码                     87  
 本章小结                     88  
 习题与思考                     89
第8章  数据链路传输控制规程                     90  
 8.1  数据链路层的功能及传输控制规程的功能与分类                     90
  8.1.1  数据链路层的功能                     90
  8.1.2  传输控制规程的主要功能与分类                     91  
 8.2  面向字符的传输控制规程                     92
  8.2.1  IBM的BSC规程简介                     92
  8.2.2  控制字符                     92
  8.2.3  帧格式                     94
  8.2.4  数据的透明性与同步                     96
  8.2.5  数据链路结构及建立                     97  
 8.3  面向比特的传输控制规程                     99
  8.3.1  HDLC数据链路控制规程                     99
  8.3.2  HDLC的帧结构                     101
  8.3.3  HDLC帧类型和功能                     103
  8.3.4  HDLC操作规程                     106  
 本章小结                     108  
 习题与思考                     108
第2篇  短距离通信技术
第9章  短距离有线通信技术                     110  
 9.1  数据终端间的通信及接口特性                     110  
 9.2  EIA RS-232C                     111
  9.2.1  特性功能                     111
  9.2.2  RS-232C的短距离通信技术                     115  
 9.3  RS系列接口及各种串行接口性能比较                     116
  9.3.1  RS-422A、 RS-423及RS-485                     116
  9.3.2  各种串行接口性能比较                     117  
 9.4  USB串行总线及其应用                     118
  9.4.1  USB串行总线的特点                     118
  9.4.2  USB总线体系结构                     120
  9.4.3  USB系统在物联网中的应用                     121
  9.4.4  IEEE-1394接口                     122  
 9.5  CAN总线                     123
  9.5.1  CAN总线的特点                     123
  9.5.2  CAN总线网络层次与通信协议                     124  
 本章小结                     129  
 习题与思考                     129
第10章  短距离无线通信技术                     131  
 10.1  蓝牙技术                     131
  10.1.1  蓝牙发展现状与技术特点                     131
  10.1.2  蓝牙系统的构成及工作原理                     133
  10.1.3  蓝牙协议体系                     138
  10.1.4  蓝牙的物联网应用案例                     141  
 10.2  红外通信技术                     142
  10.2.1  红外通信的基本原理                     143
  10.2.2  红外通信标准与协议                     144
  10.2.3  红外接口器件                     148
  10.2.4  红外通信系统在智能电网中的应用                     149  
 10.3  超宽带无线通信技术                     151
  10.3.1  超宽带无线通信的概念及特点                     151
  10.3.2  超宽带无线通信的频谱规范及相关标准                     154
  10.3.3  超宽带无线通信的基本原理                     154
  10.3.4  UWB典型信道模型                     157
  10.3.5  UWB的应用                     159  
 本章小结                     161  
 习题与思考                     161
第3篇  无线传感器网络
第11章  概述                     164  
 11.1  无线传感器网络的概念与特点                     164  
 11.2  无线传感器网络的关键技术与应用难点                     167
  11.2.1  WSN的关键技术                     167
  11.2.2  物联网中无线传感器网络应用的难点                     168  
 本章小结                     169   
 习题与思考                     169
第12章  IEEE802.15.4及ZigBee协议规范                     170  
 12.1  IEEE802.15.4标准                     170
  12.1.1  IEEE802.15.4主要性能                     170
  12.1.2  IEEE802.15.4物理层                     171
  12.1.3  MAC层                     172  
 12.2  ZigBee协议规范                     175
  12.2.1  数据链路层与物理层和MAC层                     176
  12.2.2  网络层                     177
  12.2.3  应用规范                     179  
 本章小结                     180  
 习题与思考                     180
第13章  无线传感器网络的路由协议                     182  
 13.1  WSN路由协议的特点和性能指标                     182
  13.1.1  WSN路由协议的特点                     182
  13.1.2  WSN路由协议的性能指标及分类                     183  
 13.2  能量感知路由                     184
  13.2.1  能量路由                     184
  13.2.2  能量多路径路由                     185  
 13.3  查询路由                     187
  13.3.1  定向扩散路由                     187
  13.3.2  谣传路由                     188  
 13.4  地理位置路由                     190  
 13.5  可靠路由协议                     192
  13.5.1  不相交的多路径路由机制                     192
  13.5.2  ReInForM路由                     193
  13.5.3  SPEED协议                     195  
 本章小结                     197  
 习题与思考                     198
第14章  WSN的MAC协议                     199  
 14.1  基于竞争的MAC协议                     199
  14.1.1  IEEE802.11 MAC协议                     199
  14.1.2  S-MAC协议                     202
  14.1.3  T-MAC协议                     204  
 14.2  基于时分复用的MAC协议                     207
  14.2.1  基于分簇网络的MAC协议                     207
  14.2.2  DEANA协议                     208
  14.2.3  TRAMA协议                     208  
 本章小结                     212  
 习题与思考                     212
第15章  WSN的拓扑控制                     214  
 15.1  功率控制                     214
  15.1.1  基于节点度的算法                     215
  15.1.2  基于邻近图的算法                     216  
 15.2  层次型拓扑结构控制                     217
  15.2.1  LEACH算法                     217
  15.2.2  GAF算法                     219  
 15.3  启发机制                     221
  15.3.1  STEM算法                     221
  15.3.2  ASCENT算法                     222  
 本章小结                     223  
 习题与思考                     224
第16章  WSN的节点定位                     225  
 16.1  节点定位的概念及基本原理                     225
  16.1.1  定位的几个相关概念                     225
  16.1.2  节点定位的基本原理                     226
  16.1.3  定位算法的分类                     228  
 16.2  距离定位                     228
  16.2.1  TOA定位                     229
  16.2.2  TDOA定位                     229
  16.2.3  AOA定位                     230
  16.2.4  RSSI定位                     231  
 16.3  距离无关的定位算法                     233
  16.3.1  质心算法                     233
  16.3.2  DV-Hop算法                     234
  16.3.3  其他距离无关的定位算法                     235  
 本章小结                     236  
 习题与思考                     236
第4篇  通信网及其交换技术
第17章  通信网概念及其发展                     238  
 17.1  通信网概述                     238
  17.1.1  通信网的基本概念                     238
  17.1.2  通信网的分层结构                     241
  17.1.3  通信网的分类及通信网的质量要求                     244  
 17.2  通信技术的发展趋势                     244  
 本章小结                     246  
 习题与思考                     247
第18章  电话网与SDH传输网                     248  
 18.1  电话网的组成结构                     248  
 18.2  PDH数字传输系统                     249
  18.2.1  时分复用技术与同步                     249
  18.2.2  数字复接技术                     251
  18.2.3  同步复接与异步复接                     254  
 18.3  SDH数字传输系统                     255
  18.3.1  SDH的基本概念及其特点                     255
  18.3.2  SDH的节点接口、 速率和帧结构                     257
  18.3.3  SDH的基本复用映射结构                     259  
 本章小结                     261  
 习题与思考                     262
第19章  程控交换与ISDN                     263  
 19.1  数字程控交换技术                     263
  19.1.1  程控交换的基本概念                     263
  19.1.2  数字交换网络的基本结构和工作原理                     264
  19.1.3  数字程控交换机的组成                     269
  19.1.4  呼叫处理过程                     274  
 19.2  信令系统及No.7信令                     277
  19.2.1  信令系统                     278
  19.2.2  信令方式                     279
  19.2.3  No.7信令系统                     282  
 19.3  综合业务数字网                     285
  19.3.1  综合业务数字网的演化及其概念与特点                     285
  19.3.2  ISDN网络功能体系结构                     286
  19.3.3  ISDN用户—网络接口                     287
  19.3.4  ISDN的信道类型与接口结构                     289  
 本章小结                     290  
 习题与思考                     290
第20章  数据通信网与数据通信交换技术                     292  
 20.1  数据通信网与计算机通信网                     292  
 20.2  数据交换                     293
  20.2.1  数据交换方式                     293
  20.2.2  报文交换                     294
  20.2.3  分组交换                     295
  20.2.4  分组传输方式                     298
  20.2.5  帧方式交换                     300  
 20.3  数据通信网                     300
  20.3.1  数据通信网的分类                     300
  20.3.2  分组交换网                     301
  20.3.3  分组交换网的路由选择                     303
  20.3.4  数据报与虚电路方式的路由选择                     306
  20.3.5  分组交换流量控制                     307  
 20.4  帧中继网                     310
  20.4.1  帧中继的基本概念与特点                     310
  20.4.2  帧中继网络结构和协议及应用                     311  
 20.5  数字数据网（DDN）                     313  
 20.6  ATM通信网                     314
  20.6.1  ATM的基本原理                     315
  20.6.2  ATM协议参考模型                     317
  20.6.3  ATM交换技术                     319  
 本章小结                     322  
 习题与思考                     322
第21章  IP通信及IP通信网                     324  
 21.1  TCP/IP协议                     324
  21.1.1  TCP/IP模型及各层功能                     324
  21.1.2  IP及辅助协议                     325
  21.1.3  TCP和UDP协议                     332  
 21.2  IPv6 简介                     339
  21.2.1  IPv4存在的问题及IPv6的特点                     339
  21.2.2  IPv6数据报格式                     340
  21.2.3  IPv6地址体系结构                     341  
 21.3  路由器与IP通信的路由选择协议                     343
  21.3.1  路由器                     343
  21.3.2  IP通信的路由选择协议                     345  
 本章小结                     346  
 习题与思考                     347
第5篇  无线移动通信技术
第22章  传播特性及多址技术                     350  
 22.1  无线电波传播的方式及其特点                     350
  22.1.1  无线电波的边界效应                     350
  22.1.2  无线电波传播的方式                     350
  22.1.3  无线电波传播的特点                     351  
 22.2  无线电波的传播损耗及效应                     352
  22.2.1  路径衰耗与慢衰落                     352
  22.2.2  传输效应                     353  
 22.3  传播路径损耗模型                     354
  22.3.1  自由空间传播模型                     354
  22.3.2  室外传播模型                     355
  22.3.3  室内传播模型                     356  
 22.4  无线通信中的多址技术                     356
  22.4.1  频分多址与时分多址技术                     357
  22.4.2  码分多址技术                     357
  22.4.3  空分多址技术及随机接入多址技术                     358  
 22.5  无线抗衰落及抗干扰技术                     359
  22.5.1  分集技术                     359
  22.5.2  多用户检测技术                     360
  22.5.3  多载波传输技术                     360  
 本章小结                     362  
 习题与思考                     362
第23章  移动通信总体结构及相关概念                     363  
 23.1  移动通信的概念和发展过程                     363
  23.1.1  移动通信的概念及其特点                     363
  23.1.2  移动通信的发展过程                     364  
 23.2  移动通信的组网技术                     365
  23.2.1  移动通信网的体制                     365
  23.2.2  移动通信网的覆盖方式                     367
  23.2.3  蜂窝网无线区群的组成                     368  
 本章小结                     368  
 习题与思考                     369
第24章  GSM数字蜂窝移动通信系统                     370  
 24.1  GSM数字蜂窝移动通信系统结构及其接口                     370
  24.1.1  系统结构及其组成                     370
  24.1.2  GSM网络接口                     374
  24.1.3  GSM移动通信的信道结构                     378
  24.1.4  频率资源管理与频率有效利用                     379
  24.1.5  多址接入的容量                     381  
 24.2  GSM移动通信的交换技术及业务                     383
  24.2.1  通信呼叫建立过程                     383
  24.2.2  越区切换                     384
  24.2.3  GSM移动通信系统的业务                     385  
 24.3  GSM移动通信系统的无线传输                     388
  24.3.1  TDMA/FDMA接入方式                     388
  24.3.2  信道及其组合                     389  
 24.4  GSM移动通信的接续                     394
  24.4.1  移动台开机、 小区选择、 位置登记及更新                     394
  24.4.2  通信链路的建立、 初始信息发送、 鉴权及加密                     396
  24.4.3  位置更新过程及通信链路的释放                     397
  24.4.4  移动台的主叫、 被叫流程                     398
  24.4.5  切换进程                     400  
 本章小结                     402  
 习题与思考                     403
第25章  CDMA数字蜂窝移动通信                     404  
 25.1  扩频通信原理                     404
  25.1.1  扩频理论基础                     404
  25.1.2  直接序列扩频                     405  
 25.2  CDMA数字蜂窝移动通信结构                     406
  25.2.1  CDMA数字蜂窝移动通信系统的构成                     406
  25.2.2  CDMA系统的接口、 信令及相关参数                     407
  25.2.3  CDMA系统的逻辑信道                     409  
 25.3  CDMA正向信道                     411
  25.3.1  正向信道的组成                     411
  25.3.2  正向控制信道                     416
  25.3.3  正向CDMA业务信道                     418  
 25.4  CDMA反向信道                     422
  25.4.1  反向信道的组成                     422
  25.4.2  接入信道                     425
  25.4.3  反向业务信道                     427  
 25.5  CDMA系统功率控制                     428
  25.5.1  正向链路的功率控制                     428
  25.5.2  反向链路的功率控制                     429  
 25.6  CDMA系统的切换                     430  
 25.7  CDMA位置登记及呼叫处理                     432
  25.7.1  登记注册                     432
  25.7.2  呼叫处理                     434  
 本章小结                     436  
 习题与思考                     436
第26章  第三代移动通信系统                     437  
 26.1  第三代移动通信系统简介                     437
  26.1.1  概述                     437
  26.1.2  第三代移动通信系统的特点                     437
  26.1.3  3G参数                     438  
 26.2  WCDMA                     439
  26.2.1  UMTS与WCDMA                     439
  26.2.2  WCDMA系统的组成                     440
  26.2.3  接口                     442  
 26.3  CDMA2000                     442
  26.3.1  CDMA2000的特点                     442
  26.3.2  CDMA2000系统的结构                     445
  26.3.3  CDMA2000的主要接口                     445
  26.3.4  空中接口的分层结构                     446
  26.3.5  CDMA2000的信道分配                     447  
 26.4  TD-SCDMA                     449
  26.4.1  TD-SCDMA的特点及其空中接口参数                     449
  26.4.2  TD-SCDMA网络结构                     450
  26.4.3  系统信道                     451  
 26.5  WiMAX                     453
  26.5.1  WiMAX标准                     453
  26.5.2  WiMAX技术特点                     454
  26.5.3  WiMAX网络架构                     454
  26.5.4  网络接口                     456  
 本章小结                     457  
 习题与思考                     458
参考文献                     459